當前社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需求下,以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)“雙高”“雙峰”特征凸顯,亟待運用數(shù)字化技術(shù)手段面對電力系統(tǒng)平衡和安全穩(wěn)定的挑戰(zhàn)。數(shù)字孿生技術(shù)融合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、建模仿真、人工智能和自動控制等技術(shù),實現(xiàn)現(xiàn)實與虛擬空間的映射交互,正推動全社會進入數(shù)字化時代。
變電站作為電網(wǎng)構(gòu)架中不可或缺的組成部分,對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行起著舉足輕重的作用。隨著變電站技術(shù)的發(fā)展,智慧變電站是以原有的智慧型變電站設(shè)計經(jīng)驗為基礎(chǔ),進行全面的優(yōu)化提升。在進行此項工作落實的過程中,勢必要以人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用來實現(xiàn)全面整合,并通過搭配先進的傳感技術(shù)來進行優(yōu)化升級,進一步降低運檢人員的工作壓力,有效確保運行設(shè)備的安全穩(wěn)定,對未來的發(fā)展而言具有十分重要的意義。
數(shù)字孿生變電站是數(shù)字孿生電網(wǎng)最基礎(chǔ)、最重要的組成部分,通過構(gòu)造與實體變電站對應(yīng)的數(shù)字變電站,推進變電運檢和管控智能化、數(shù)字化,奠定電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型基石。數(shù)字孿生變電站能夠深入挖掘電網(wǎng)數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值,實現(xiàn)智能運維、精準作業(yè)和遠程協(xié)作等,實現(xiàn)“數(shù)”與“智”的融合,通過推動數(shù)字電網(wǎng)建設(shè),使新型電力系統(tǒng)更好地服務(wù)于“雙碳”目標。
1.數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)
感知層:感知層主要包括物理實體中搭載先進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類新型基礎(chǔ)設(shè)施。
數(shù)據(jù)層:數(shù)據(jù)層主要包括保證運算準確性的高精度的數(shù)據(jù)采集、保證交互實時性的高速率數(shù)據(jù)傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數(shù)據(jù)管理。
運算層:運算層是數(shù)字孿生體的核心,其充分借助各項先進關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)對下層數(shù)據(jù)的利用,以及對上層功能的支撐。
功能層:功能層是數(shù)字變生體的直接價值體現(xiàn),實現(xiàn)系統(tǒng)認知、系統(tǒng)分析、故障診斷、預(yù)測推演功能,從而起到輔助決策作用。系統(tǒng)認知,數(shù)字孿生體能夠真實描述及呈現(xiàn)物理實體的狀態(tài),它是實現(xiàn)數(shù)字孿生體其它高級和智能化功能的基礎(chǔ)。系統(tǒng)分析可實現(xiàn)數(shù)字孿生體的狀態(tài)監(jiān)測功能,發(fā)揮對物理實體的早期預(yù)警作用。故障診斷,通過分析物理實體的運行狀態(tài),了解現(xiàn)象背后的原因。預(yù)測推演,是利用仿真技術(shù)來預(yù)見物理實體未來的狀態(tài)演變,從而指導(dǎo)當前的運行決策。
應(yīng)用層:應(yīng)用層是面向各類場景的數(shù)字孿生體的最終價值體現(xiàn),具體表現(xiàn)為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品,能夠明顯推動各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
2.數(shù)字孿生系統(tǒng)的典型特征
等價映射:數(shù)字孿生體是對物理實體的等價描述,是對物理實體進行數(shù)字化而松建的模型數(shù)字孿生體的變化能夠真實反映現(xiàn)實世界中的物理實體的變化。數(shù)字孿生體能夠?qū)崿F(xiàn)雙向映射、數(shù)據(jù)連接和狀態(tài)交互,起到“數(shù)化”、“保真”效果。
實時交互:基于實時傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取,孿生體可全面、精準、動態(tài)反映物理對象的狀態(tài)變化,包括外觀、性能、位置、異常等。“實時”體現(xiàn)數(shù)字孿生體所處狀態(tài)是物理實體狀態(tài)的實時虛擬映射;“交互”體現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實體間存在數(shù)據(jù)及指令互動。
共生演進:“共生”體現(xiàn)在數(shù)字孿生體與物理實體同步構(gòu)建,在全生面周期中相互依存,孿生體隨著孿生對象的生長而不斷演變。共智體現(xiàn)在三個層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數(shù)據(jù)、算法)、孿生體內(nèi)部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。
預(yù)測優(yōu)化:根據(jù)物理實體的各項真實數(shù)據(jù),通過數(shù)字孿生體進行仿真,實現(xiàn)對物理實體未來狀態(tài)的預(yù)測,預(yù)先知曉未來狀態(tài)能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據(jù)物理實體的實時運行狀態(tài),通過數(shù)字孿生體進行監(jiān)測,實現(xiàn)對系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的預(yù)測,預(yù)先覺察即將可能發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài),使用戶更從容地處理該問題。
建立數(shù)字孿生體的最終目的,是通過描述物理實體集合內(nèi)在機理,分析規(guī)律、洞察趨勢,基于分析與仿真對物理世界形成優(yōu)化指令或策略,實現(xiàn)對物理實體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據(jù)數(shù)字孿生的典型特征,可以得出數(shù)字孿生的體系架構(gòu)。
3.數(shù)字孿生變電站的優(yōu)勢
(1)智能化運維:數(shù)字孿生變電站可以實現(xiàn)設(shè)備實時監(jiān)控、遠程調(diào)節(jié)和智能化運維,使設(shè)備的運行狀態(tài)可以隨時掌握,并及時進行維護和修理。
(2)自動預(yù)警:數(shù)字孿生變電站可以通過對設(shè)備的監(jiān)測和分析,實現(xiàn)故障自動預(yù)警,提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。
(3)輔助決策:數(shù)字孿生變電站可以通過數(shù)據(jù)分析和處理,為管理人員提供及時、準確的信息,輔助管理人員做出更好的決策。
(4)提升巡檢靈活性:數(shù)字孿生變電站可以通過遠程智能化巡檢,提升巡檢的靈活性,縮短巡檢時間,減少人工成本。
4.智慧變電站數(shù)字孿生監(jiān)測運維系統(tǒng)功能
(1)數(shù)字孿生,全息仿真
基于數(shù)字孿生理念,通過三維可視化的手段將變電站的整體結(jié)構(gòu)、設(shè)備分布情況進行立體化呈現(xiàn),滿足多樣化展示需求,可以將真實環(huán)境形象逼真地展現(xiàn)在眼前。同時可將生產(chǎn)實際業(yè)務(wù)無縫融合到平臺中,使得對日常的管理工作做到標準化、精細化、自動化,實現(xiàn)變電站智能化、專業(yè)化管理。
(2)智能巡檢,無人值守
通過結(jié)合機器人定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和告警系統(tǒng),可在系統(tǒng)實時顯示巡更機器人在站端中的位置和巡更機器人的基本信息,實時展示巡更機器人的活動軌跡。還可以通過調(diào)取機器人視頻監(jiān)控攝像頭或附近的監(jiān)控視頻,查看巡更的真實情況,便于管理人員更直觀、高效的管理整個巡更過程。
(3)高效運維,全局監(jiān)視
利用數(shù)字孿生系統(tǒng)能夠反映變電站設(shè)備運行實時狀態(tài),方便一線員工集中控制設(shè)備狀態(tài)關(guān)鍵信息,實現(xiàn)遠程操作維護。自動預(yù)警以及輔助決策,有效提升變電站設(shè)備及環(huán)境全景實時感知能力,能為變電站的運行管理、作業(yè)管理、安全管理、施工管理帶來全新的業(yè)務(wù)決策模式變革。
(4)故障分析,搶修跟蹤
對數(shù)字孿生系統(tǒng)內(nèi)各類設(shè)備進行綜合監(jiān)控管理,及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運行過程中的缺陷問題,判斷出目前設(shè)備狀態(tài)快速定位缺陷,做到主動發(fā)現(xiàn),精準處理,從而提高故障應(yīng)急處理效率,有效地縮短搶修時長,結(jié)合用戶工單信息,可實時監(jiān)控工單處理進度,現(xiàn)場檢修畫面追蹤,故障搶修處理結(jié)果,對搶修過程及方案梳理提供客觀依據(jù)。